Устройство для направленного разрушения монолитных объектов

 

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов относится к горному делу и строительству и может быть использовано для разрушения горных пород (негабаритов), при добывании различных полезных ископаемых блоками путем отрыва их от массива и при разрушении железобетонных фундаментов. Сущность изобретения: устройство включает раздвижные щеки (РЩ), распорную камеру (РК), систему нагнетания рабочей жидкости и пружинные элементы. РЩ выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях, одна из РЩ выполнена составной в виде клиновой пары и снабжена рукоякой, присоединенной к наружному клину. РК с мембранными боковыми стенками установлена между РЩ, в их выемках. Поверхность выемок РЩ конгруэнтна наружной поверхности РК. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к горному делу и строительству, конкретно к устройствам для направленного разрушения монолитных объектов, и может быть использовано для разрушения горных пород (негабаритов), при добывании различных полезных ископаемых блоками путем отрыва их от массива и при разрушении железобетонных фундаментов.

Известно устройство для разрушения горных пород, включающее корпус цилиндрический полый со щелями, пластины распирающие, состоящие из пружинящих полос и твердосплавных сегментов, и размещенный между ними силовой элемент в виде баллона из тонкостенного эластичного материала [1]. Недостатками известного устройства являются относительно малая эффективная (участвующая в создании усилия распора) площадь баллона, определяемая шириной пружинящих полос, которая конструктивно значительно меньше диаметрального размера корпуса, а также недостаточная надежность эластичного баллона на участках, прилегающих к зазорам между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью пружинящих полос распорных пластин. В процессе работы этого устройства зазоры уменьшаются от максимальной величины в исходном положении распорных пластин, которое на фигуре не показано, до нуля в конечном их положении, изображенном на фиг.2 (авт.св. N 901522). Условия работы эластичного баллона особенно неблагоприятны на стадии перемещения распорных пластин после упора их вершин в стенки шпура, при этом давление рабочего тела, возрастающее до момента разрушения монолитного объекта, выдавливает эластичный баллон в зазоре между корпусом и ограничителями хода и в момент разрушения монолитного объекта эластичный баллон защемляется между ними). При этом надежность и эффективность устройства снижается по мере увеличения габаритов и прочности монолитных объектов и давления рабочего тела.

Известно также устройство, включающее в себя распорные щеки, связанные пружинами, установленный между щеками распирающий элемент в виде замкнутой камеры с мембранными стенками и систему нагнетания рабочей жидкости в полости камеры, при этом распорные щеки имеют в поперечном сечении эллиптическую форму, а в стенках камеры выполнены впадины, повторяющие в поперечном сечении форму распорных щек [2]. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает полного (и эффективного) использования деформации камеры на полезную работу - разрушение монолитного объекта, так как некоторая часть деформации (общая величина которой ограничена пределом упругости мембранных стенок и невелика) расходуется на ликвидацию зазоров между устройством (щеками и камерой) и стенками шпура. Еще одним недостатком устройства является то, что при контакте камеры со щеками и стенками шпура продольные участки ее стенок и концевые части остаются свободными, что препятствует повышению давления рабочей жидкости и, следовательно, увеличению распорного усилия и эффективности разрушения монолитных объектов.

Целью изобретения является повышение эффективности разрушения монолитных объектов.

Достигается это тем, что в устройстве для направленного разрушения монолитных объектов, включающем раздвижные щеки, связанные между собой пружинными элементами, замкнутую распорную камеру с мембранными боковыми стенками, установленную между щеками, и систему нагнетания рабочей жидкости в полость распорной камеры, раздвижные щеки выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях, в которых размещена распорная камера, при этом одна из раздвижных щек выполнена в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и снабжена рукояткой, установленной на наружном клине, а поверхности выемок конгруэнтны поверхности распорной камеры.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 и 4 - соответственно сечения по А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг. 5, 6 и 7 - камера соответственно в форме коробок мембранной, сильфонной и с боковыми узлами податливости; на фиг.8, 9 и 10 - разрезы по Г-Г, по Д-Д и по Е-Е соответственно на фиг.5, 6 и 7.

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов содержит раздвижные щеки 1 и 2, замкнутую распорную камеру 3, систему нагнетания рабочей жидкости в полость распорной камеры, например, штуцер 4 и патрубок 5, и пружинные элементы, например, кольца 6 и 7. Раздвижные щеки выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях для размещения распорной камеры 3, при этом раздвижная щека 1 выполнена цельной, а раздвижная щека 2 - составной по толщине, а именно в виде клиновой пары 8 и 9 с сопряженными наклонными поверхностями и снабжена рукояткой, установленной на наружном клине 9. Замкнутая распорная камера 3 выполнена в форме удлиненной коробки, например мембранной, сильфонной или другой, которая образована жестко соединенными друг с другом профилированными частями из тонкостенного упругого металла, например гофрированной хромоникелевой стали, и выполнена с возможностью деформирования при податливости преимущественно в направлении своей толщины в и раздвижных щек 1 и 2. Поверхность выемок на внутренней поверхности раздвижных щек 1 и 2 конгруэнтна поверхности распорной камеры 3.

Устройство работает следующим образом. Устройство, распорная камера 3 которого через систему 4, 5 нагнетания рабочей жидкости присоединена к трубопроводу насоса или мультипликатора (не показаны), удерживают за рукоять, ориентируют так, чтобы плоскость В-В примыкания полуцилиндрических раздвижных щек 1 и 2 совпадала с плоскостью намечаемого разрыва монолитного объекта, вводят в предварительно пробуренный шпур до упора в дно и нажимают на рукоять. При этом составляющая 9 клиновой пары (составной щеки 2) перемещается продольно и в результате взаимодействия сопряженных клиновых поверхностей в поперечном (радиальном) направлении, а составляющая 8 и щека 1 с распорной камерой 3 смещаются в противоположном радиальном направлении.

Таким образом, до нагнетания в распорную камеру 3 рабочей жидкости ликвидируется зазор между цилиндрической поверхностью щек 1 и 2 и стенками шпура в плоскости последующего приложения распорного усилия, т.е. создаются условия, необходимые для эффективной работы распорной камеры 3. По мере порционного нагнетания рабочей жидкости в камеру 3 давление жидкости возрастает и камера, деформируясь, расширяется в направлении раздвижных щек 1 и 2, которые смещаются в радиально-противоположных направлениях и воздействуют на монолитный объект с возрастающим усилием, пропорциональным давлению жидкости, вызывая в нем постепенное увеличение напряжений растяжения, в момент, когда последние достигнут в опасном сечении критической величины, монолитный объект разрушается.

П р и м е р. Раздвижные щеки в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях и щелевой паз, образуемый выемками, позволяет увеличить ширину а распорной камеры до диаметрального размера d щек и, следовательно, увеличить эффективную площадь S_э единицы длины камеры до величины, максимально возможной в пределах диаметра d устройства (S_э = а х l), тогда как трубчатые, эллипсные, пазовые и другой формы камеры имеют эффективную ширину a=(1/3 - 3/4)d.

Выполнение одной из раздвижных щек составной в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и снабжение ее рукояткой, установленной на наружном клине, позволяет до нагнетания в камеру рабочей жидкости выбирать зазор между стенками шпура и поверхностью раздвижных щек свободно опущенного в шпур устройства и таким образом использовать деформацию камеры в пределах упругости ее стенок непосредственно на создание полезной нагрузки на монолитный объект.

Конгруэнтность поверхности выемок раздвижных щек и поверхности распорной камеры создает благоприятные условия нагружения стенок камеры и позволяет резко увеличить давление Р рабочей жидкости по сравнению с давлением, выдерживаемым как камерами из эластичного материала, так и из тонкостенного металла, имеющими свободные участки, не контактирующие с поверхностью щек и шпура.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить как эффективную площадь S_э распорной камеры, так и допустимое давление рабочей жидкости, что обеспечивает существенное увеличение предельно возможного усилия распора Р = S_э ˙р и повышение эффективности разрушения монолитных объектов, в особенности таких, как крупногабаритные прочные породы и фундаменты с арматурой.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее раздвижные щеки, связанные между собой пружинными элементами, замкнутую распорную камеру с мембранными боковыми стенками, установленную между щеками, и систему нагнетания рабочей жидкости в полость распорной камеры, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности разрушения, раздвижные щеки выполнены в виде примыкающих друг к другу полуцилиндров с выемками на внутренних поверхностях, в которых размещена распорная камера, при этом одна из раздвижных щек выполнена составной в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и снабжена рукояткой, установленной на наружном клине.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность выемок конгруэнтна наружной поверхности распорной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10